陳　玲，王孔祥，林景星

（福建省計量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

壓力無線數(shù)據(jù)記錄器校準方法的研究

陳玲，王孔祥，林景星

（福建省計量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

文中針對壓力無線數(shù)據(jù)記錄器特殊技術(shù)性能進行了深入探討，特別是對校準記錄器的密封性、耐壓及常溫和高溫下的壓力示值誤差、溫度影響系數(shù)的研究，為實施壓力無線數(shù)據(jù)記錄器的量值溯源，規(guī)定了校準采用標準設(shè)備、校準項目、校準方法，并對校準結(jié)果不確定度進行了評定，為企事業(yè)單位大量使用的壓力無線數(shù)據(jù)記錄器技術(shù)性能的校準提供有效的技術(shù)依據(jù)。

壓力；無線數(shù)據(jù)記錄器；滅菌溫度

1　概述

壓力無線數(shù)據(jù)記錄器主要用于密閉容器的壓力測量，是一種采用無線傳輸原理對壓力量值進行采集、記錄和測量的計量儀器。廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)、疾病預(yù)防控制中心、檢疫機構(gòu)、食品加工、科研等領(lǐng)域的熱力滅菌效果驗證以及法定計量機構(gòu)對熱力滅菌設(shè)備上所配壓力表進行壓力量值檢定或校準時用作參考計量標準器。國內(nèi)尚無針對壓力無線數(shù)據(jù)記錄器計量性能進行評定的相關(guān)國家計量檢定規(guī)程或校準規(guī)范。壓力無線數(shù)據(jù)記錄器量值的準確與否直接關(guān)系到量值溯源的準確性以及安全生產(chǎn)工作，為確保壓力無線數(shù)據(jù)記錄器測量量值的準確可靠，文中參考相關(guān)技術(shù)材料，并結(jié)合在用的壓力無線數(shù)據(jù)記錄器以及當前國內(nèi)外壓力無線數(shù)據(jù)記錄器產(chǎn)品，通過大量試驗與研究工作，確定主要技術(shù)性能和參數(shù)，以供企事業(yè)單位大量使用的壓力無線數(shù)據(jù)記錄器技術(shù)性能的校準提供統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù)。

2　記錄器的校準方法

2.1測量標準及其他設(shè)備

根據(jù)壓力無線數(shù)據(jù)記錄器計量特性要求，標準器及其它設(shè)備見表1。

表1　測量標準及其他配套設(shè)備

2.2 校準方法

校準前應(yīng)對電池供電的記錄器，按其操作說明檢查其電池的供電電壓是否在正常工作范圍內(nèi)，如低于正常值應(yīng)及時更換電池。并對記錄器的通訊功能或存儲功能以及記錄間隔、發(fā)送間隔、啟停方式等項目進行設(shè)置，應(yīng)滿足其操作說明書的要求。

2.2.1密封性檢查

將記錄器放置于可產(chǎn)生模擬熱力滅菌溫度的壓力試驗裝置，工作介質(zhì)為水蒸汽，試驗溫度一般為（135±0.5）℃，維持時間不少于5min，取出記錄器檢查其各部件及內(nèi)部不得出現(xiàn)滲液現(xiàn)象。

2.2.2耐壓檢查

按照記錄器的使用說明，將記錄器置入壓力試驗裝置，加壓至最大工作壓力，保持3min能正常工作，檢查記錄器外殼應(yīng)無明顯變形或損壞。

2.2.3示值誤差校準

2.2.3.1時鐘調(diào)整

（1）對于時鐘可調(diào)的記錄器，調(diào)整其時間與計時器的時間值一致；

（2）對于時鐘不可調(diào)的記錄器，應(yīng)分別同時記錄記錄器和計時器顯示的時間值；

（3）對于時鐘可置零的記錄器，應(yīng)與計時器同時置零、啟動。

2.2.3.2壓力示值校準［1］［2］

將設(shè)置好參數(shù)的記錄器放置于壓力試驗裝置，連接標準器及壓力源，確認并同步記錄標準器與被校記錄器的時間間隔。工作介質(zhì)采用清潔的空氣或無毒、無害和化學(xué)性能穩(wěn)定的氣體。

選擇包括上限值、下限值在內(nèi)的不少于5個校準點，且均勻分布在整個測量范圍內(nèi)。對低于大氣壓力的校準點可選大氣壓力值作為下限值起始點，200 kPa（絕壓）為必校點，也可按用戶要求選擇其他校準點。

平穩(wěn)輸入壓力達到校準點，校準點可由低到高直至上限，每一校準點停留時間不少于2min，壓力變化量不應(yīng)大于壓力標準器讀數(shù)值的1%/min，按同步的時間和間隔分別讀取標準器和被檢記錄器的壓力示值（無線通訊記錄器為數(shù)據(jù)接收端顯示的壓力值，無接收端的記錄器為取出記錄器后讀取的壓力值）。直至所有校準點，每一校準點的讀數(shù)值不少于5次。

記錄器的壓力示值誤差按式（1）或式（2）計算：

式中：

Δp——壓力示值誤差，kPa；

Δ——壓力示值誤差，%；

pm——被校記錄器的壓力量程，kPa。

2.2.4滅菌溫度下壓力示值校準［2］

試驗溫度選取常規(guī)滅菌溫度121℃，維持時間不少于5min，溫度波動不超過±0.5℃/min，水蒸汽產(chǎn)生的壓力（絕壓）在（200±10）kPa范圍，使用其他氣體工作介質(zhì)時應(yīng)使標準器壓力（絕壓）維持在200kPa，分別讀取壓力標準器和被檢記錄器的壓力示值，每次校準點讀數(shù)不少于5次。

記錄器的壓力示值誤差按式（1）或式（2）計算。

記錄器在其他溫度下壓力示值校準，可按用戶要求選擇。

2.2.5溫度影響系數(shù)校準［2］

20℃、121℃溫度下200kPa壓力示值校準分別按2.2.3.2、2.2.4進行。記錄壓力試驗裝置在200k Pa時的溫度值t1、t2。記錄器的溫度影響系數(shù)按式（3）計算：

式中：

kt——Δp溫2度-影響因子，kPa/℃；

Δp1——溫度t1時，200 kPa（絕壓）校準點標準器與被檢記錄器的壓力示值之差，kPa；

Δp2——溫度t2時，（200±10）kPa（絕壓）

校準點標準器與被檢記錄器的壓力示值之差，kPa；

t1、t2—-—壓力試驗裝置的溫度值，℃。

在121℃溫度下，實際壓力值按式（4）計算：

式中：

pt——滅菌溫度下的實際壓力值，kPa；

pi——滅菌溫度下記錄器的壓力示值，kPa；

Δ pi——記錄器在pi點時的壓力示值誤差，kPa；

Δt——滅菌溫度與壓力示值誤差校準時溫度（取20℃）之差，℃。

3　實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)本方法對編號為112000828的無線數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，其型號與測量范圍分別為DK-2610、（0～500）kPa，準確度等級為0.5級進行校準。

3.1壓力示值誤差校準結(jié)果如下：

壓力示值誤差校準結(jié)果見表2。

表2　示值誤差校準結(jié)果　單位：kPa

3.2滅菌溫度下壓力示值校準

滅菌溫度下壓力示值校準結(jié)果如表3。

表3　滅菌溫度下壓力示值校準結(jié)果

121.0℃時，標準壓力值的平均值為208.45kPa，示值誤差為+1.54kPa。

20.0℃時，標準壓力值的平均值為201.22kPa，示值誤差為-0.14kPa。

3.3溫度修正系數(shù)與溫度影響量計算

根據(jù)式（2）和式（3），可得 ：

無線壓力記錄器的量程為500kPa，則溫度影響量：0.0166/500=0.003%/℃，計算出該記錄器常溫下的示值誤差為量程的0.2%，滅菌溫度下的示值誤差為量程的0.5%，溫度修正系數(shù)為量程的0.003%。

4　記錄器壓力示值誤差校準結(jié)果不確定度評定

4.1概述

以校準測量范圍為（0～500）kPa，0.5級的MPⅢ型記錄器為例，用測量范圍為（0～500）kPa，0.05級的數(shù)字壓力計作為測量標準，采用直接比較法進行校準，校準時的環(huán)境溫度為21.5℃，相對濕度為65%。

4.2測量模型與靈敏系數(shù)

4.2.1測量模型

4.2.2

4.3標準不確定度分量評定

在200kPa壓力點作10次測量，所得數(shù)據(jù)如下：

表4　重復(fù)性測量結(jié)果　單位：kPa

計算實驗標準偏差：

重復(fù)性分量引入的標準不確定度分量為：

被校記錄器分辨力為0.01kPa，則區(qū)間半寬= 0.005kPa，該分布服從均勻分布，故：

測量范圍為（0～500）kPa，0.05級的標準數(shù)字壓力計在200kPa點上的最大允許誤差為±0.25kPa， 則區(qū)間半寬a=0.25kPa，該分布服從均勻分布，故：

4.4合成標準不確定度的評定

4.4.1標準不確定度分量一覽表見表5

表5　標準不確定度分量一覽表

4.4.2合成不確定度的計算

準不確定度為：

4.5擴展不確定度的評定

取k=2，則擴展不確定度：

4.6測量不確定度的報告

記錄器在200kPa壓力校準點，其示值誤差為+0.04kPa，擴展不確定度為：

5　結(jié)束語

通過對壓力無線數(shù)據(jù)記錄器的校準所采用的校準設(shè)備、校準項目、校準方法及校準結(jié)果不確定度評定進行分析探討，分別對記錄器的密封性和耐壓、常溫下和高溫（模擬熱力滅菌環(huán)境）下的壓力示值誤差、溫度影響系數(shù)等校準項目和校準方法進行研究，并對記錄器壓力示值誤差測量結(jié)果不確定度分析評定，為企事業(yè)單位壓力無線數(shù)據(jù)記錄器量值溯源提供有效的校準方法。

［1］ JJG 1084-2013.數(shù)字式氣壓計檢定規(guī)程［S］.

［2］ JJF 1366-2012.溫度數(shù)據(jù)采集儀校準規(guī)范［S］.

Study on Calibration Method of Pressure W ireless Data Recorder

CHEN Ling， WANG Kong-Xiang， LIN Jing-Xing
（Fujian Metrology Institute， Fuzhou 350003， Fujian， China）

The thesis makes a deep discussion on the special technical performance of pressure w ireless data recorder， especially the research on calibration recorder ‘s sealing， pressure resistance， pressure value error and temperature influence coefficient under normal temperature and high temperature. That specifies the calibration standard equipment， calibration method and calibration project for implementing the quantity traceability of pressure w ireless data recorder. Meanwhile， the thesis makes an evaluation to the uncertainty of calibration results， provides an effective technical basis for calibration of pressure w ireless data recorder technical performance which is w idely used in the enterprises and institutions.

Pressure； Wireless data recorder； Sterilization temperature

2015-11-12

陳玲，女，福建省計量科學(xué)研究院，業(yè)務(wù)拓展部，高級工程師

王孔祥，男，福建省計量科學(xué)研究院，熱工室，高級工程師

林景星，男，福建省計量科學(xué)研究院，網(wǎng)絡(luò)中心，教授級高級工程師